JP2009283840A - 電子回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源などを対象に、配線基板上に実装して回路を構成する電子部品のフェライトコアを利用して他の発熱性素子の放熱を促進するようにした小形、薄形で放熱効率の高い電子回路モジュールを提供する。
【解決手段】フェライトコア４と組み合わせた積層形コイル部品１の積層基板２を配線基板として、該基板上にスイッチング素子５などの発熱性素子を含む各種電子部品を並置実装した電子回路モジュールにおいて、前記コイル部品１のフェライトコア４をヒートシンクとして、該フェライトコアと発熱性素子との間を、例えば窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素などの高熱伝導率の絶縁体になる熱伝導媒体８を介して伝熱結合し、該熱伝導媒体を伝熱経路として発熱性素子の放熱促進を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子機器に搭載するスイッチング電源などを実施対象とする電子回路モジュールの構成に関する。

周知のように、頭記のスイッチング電源は、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子、出力トランス、インダクタのコイル部品、コンデンサなどの各種回路部品を配線基板（プリント配線基板）に実装してモジュール化した構成が一般的であり、近年、電子機器のダウンサイジング傾向に合わせてスイッチング電源モジュールの小形、薄形化に対する要求が強く求められている。

このようなモジュールの小形、薄形化の要求に対して、前記コイル部品についてはシート状の基板ごとに１ターン分のコイルをパターン形成し、かつ前記基板を積層してコイルパターン相互間を接続したシートコイルブロックにフェライトコアを組み合わせてなるシートコイル形（積層形）のトランスが公知であり（例えば、特許文献１参照）、さらに前記シートコイル形トランスの積層基板を配線基板として、この配線基板に半導体スイッチング素子を含む各種部品を実装してモジュール化したスイッチング電源モジュールも知られている（例えば、特許文献２参照）。

図３（ａ）、（ｂ）は特許文献１と同様な積層形コイル部品（インダクタ）の構成図である。このコイル部品１は、各枚のシート状基板２ａにコイル３を１ターンずつパターン形成した上で、この基板２ａを積層してコイル３の相互間を接続した基板積層体（シートコイルブロック）２と、この基板積層体２を挟んでコイルに上下から重ね合わせたフェライトコア４との組立体からなる。なお、フェライトコア４はＥ形の分割コアを重ね合わせた二分割構造であり、その中央脚ブロックが基板２ａの中央に開口した穴２ｂに嵌挿して閉磁路を形成している。

次に、図３に示したコイル部品にスイッチング素子，出力コンデンサなどの回路部品を組み合わせたスイッチング電源モジュールの従来例を図４〜図６に示す。図４はスイッチング電源（降圧レギュレータ）の回路図で、該回路はスイッチング素子５に前記コイル部品（インダクタ）１，出力コンデンサ６を組み合わせ、入力電圧を低電圧に変換して負荷７に給電する。また、図５，図６はそのモジュール組立構造図であり、図３に示したコイル部品１の基板積層体２を配線基板として、この配線基板上に前記スイッチング素子５を含む各種電子部品を実装してスイッチング電源モジュールを構成している。
実開昭６１−１２７６１８号公報 特開２０００−９１１３８号公報

先記したスイッチング電源モジュールのように、配線基板にフェライトコア付きコイル部品に並べてスイッチング素子などの発熱性の高い電子部品を搭載した電子回路モジュール（ハイブリッドモジュール）では、電子部品の放熱対策が重要な課題となる。

すなわち、図５，図６に示したモジュール組立構造のままでは、フェライトコア４と組み合わせたコイル部品１、スイッチング素子５などの発熱性を有する部品に発生した熱は、図６の矢印で表すような放熱経路で基板２、および空気中に放熱されるが、この場合に基板２の温度が上昇すると回路部品から基板への熱伝導による放熱が行われず、逆に基板２よりも温度の低い回路部品には基板から伝熱して部品の温度が上昇してしまう。特に、スイッチング素子はＯＮ／ＯＦＦ動作に伴う発熱量も大であるのに対して、その上限許容温度は厳しく規制されている。

このために、従来ではスイッチング素子５などの発熱性電子部品には、ヒートシンクとして放熱フィンを付設して空気中への放熱性を促進するなどの手段を講じているが、電子部品に放熱フィンを取付けると放熱フィンの占有スペースが増大するほか、背高となってモジュールの小形、薄形化が困難となる。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、先記したスイッチング電源などを対象に、配線基板に実装して回路を構成する電子部品のフェライトコアを利用して他の発熱性素子の放熱を促進するようにした小形、薄形で放熱効率の高い電子回路モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明によれば、配線基板に、フェライトコアと組み合わせたコイル部品、および該コイル部品に並置して発熱性素子を含む電子部品を実装してなる電子回路モジュールにおいて、
前記コイル部品のフェライトコアをヒートシンクとして、該フェライトコアと発熱性素子との間を熱伝導媒体を介して伝熱結合するものとし（請求項１）、具体的には次記のような態様で構成する。
（１）前記の熱伝導媒体として、例え窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素などの高熱伝導率の絶縁体を用いる（請求項２）。
（２）前記構成のモジュールにおいて、コイル部品をスイッチング電源回路の出力トランス，あるいはインダクタ、発熱性素子をスイッチング素子としてスイッチング電源を構成し（請求項３）、そのコイル部品は、基板にパターン形成したコイル部を挟んで前記基板にフェライトコアを重ね合わせた積層形コイルである（請求項４）。

上記の構成によれば、コイル部品を構成する熱容量、放熱面積の大きなフェライトコア自身をヒートシンクとして、配線基板上に並置実装した他の発熱性を有する電子部品に発生した熱を、熱伝導媒体を介して効率よくフェライトコアに伝熱させて放熱促進を図ることができ、これにより放熱性素子に放熱フィンを付設した従来構造のモジュールと比べて小形、薄型化が達成できる。

また、前記熱伝導媒体に例えば窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素などの高熱伝導率の絶縁体を用いることで、発熱性素子および配線基板面上に形成されている導体パターンなどに電気的な影響をおよぼすおそれはない。

以下、この発明の実施の形態を図１、図２に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図５、図６に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

すなわち、図示実施例においては、積層形コイル部品１の基板積層体２を配線基板としてこの基板上に並置実装したスイッチング素子５（発熱性素子）とコイル部品１のフェライトコア４との間が熱伝導媒体８を介して伝熱結合されている。

ここで、前記熱伝導媒体８は、配線基板上に形成されている接続導体パターンなどと電気的に短絡することがないように、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素などの高熱伝導率の絶縁体を用いている。また、フェライトコア４を備えたコイル部品１については、コイル部品１に生じる銅損、鉄損を考慮の上で、フェライトコアの温度がスイッチング素子５の温度よりも低くなるようにコアの断面積、表面面積を大に設計しておく。

上記構成により、電子回路モジュールの実使用時には図２の矢印で表すように、発熱性素子であるスイッチング素子５とコイル部品１のフェライトコア４との間には図６に表した伝熱経路のほかに、熱伝導媒体８を介してスイッチング素子５からフェライトコア４に直接熱貫流する伝熱経路が加わるようになる。これにより、フェライトコア自身をヒートシンクとしてスイッチング素子５の発生熱を効率よく放熱促進できる。しかも、スイッチング素子５には放熱フィンなどを付設しないので背高となることもないので、モジュールの小形、薄形化が達成できる。

なお、図示実施例はスイッチング電源モジュールを対象に、発熱性の回路部品としてスイッチング素子５を例示したがこれに限定されるものではなく、例えば発熱が多いカレントトランスなどでの磁気部品であってもよく、さらに配線基板上に複数の発熱素子が混在している場合でも同様に適用できることは勿論である。また、発熱性素子とコイル部品との間の配線基板上に接続導体パターンが形成されてなく、かつ発熱性素子のパッケージとフェライトコアとが電気的に導電接続されても問題ない場合には、熱伝導媒体として先記した高伝熱性の絶縁体の代わりに金属体を用いることも可能である。

この発明の実施例による電子回路モジュールの組立構造を模式的に表した斜視図。 回路部品の伝熱経路を表した図１の側視図。 積層形コイル部品の模式構造図で、（ａ）斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるコイル部の分解斜視図。 本発明を適用するスイッチング電源の回路図。 従来におけるモジュールの組立構造を模式的に表した斜視図。 回路部品の伝熱経路を表した図５の側視図。

符号の説明

１ 積層形コイル部品
２ コイル部品の積層基板（配線基板）
３ コイル
４ フェライトコア
５ スイッチング素子（発熱性素子）
８ 熱伝導媒体

Claims (4)

1. 配線基板に、フェライトコアと組み合わせたコイル部品、および該コイル部品に並置して発熱性素子を含む電子部品を実装してなる電子回路モジュールにおいて、
   前記コイル部品のフェライトコアをヒートシンクとして、該フェライトコアと発熱性素子との間を熱伝導媒体を介して伝熱結合したことを特徴とする電子回路モジュール。
2. 請求項１に記載の電子回路モジュールにおいて、熱伝導媒体が高熱伝導率の絶縁体であることを特徴とする電子回路モジュール。
3. 請求項１に記載の電子回路モジュールにおいて、コイル部品がスイッチング電源回路の出力トランス、あるいはインダクタ、発熱性素子がスイッチング素子であることを特徴とする電子回路モジュール。
4. 請求項３に記載の電子回路モジュールにおいて、コイル部品が、基板にパターン形成したコイル部を挟んで、前記基板にフェライトコアを重ね合わせた積層形コイルであることを特徴とする電子回路モジュール。

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